塩基配列切断なしのCRISPRエピゲノム編集、難治性疾患治療の新境地を開く
背景
従来の遺伝子治療は、疾患の原因となる異常なタンパク質の産生を防ぐために、遺伝情報を担うデオキシリボ核酸（Deoxyribonucleic Acid, DNA）鎖を直接切断・修正する方法を採用していた。ジンクフィンガー（Zinc Finger）やTALENを経て登場した第3世代の遺伝子剪定技術CRISPR（CRISPR）は効率性が飛躍的に向上したが、遺伝子全体に予測できない物理的痕跡を残すという致命的な弱点を抱えていた。遺伝子剪定がDNA二重鎖を切断する際にランダムな欠失や挿入が生じ、遺伝毒性（Genotoxicity）や染色体の大規模再配置などの副作用を引き起こすためである。特に多くの難治性疾患は、遺伝子配列そのものの変化よりも、遺伝子発現調節の異常やエピジェネティックな状態の崩壊から生じている。配列情報を破壊せず、遺伝子発現スイッチのみを正確に遮断または活性化する調整ツールが根本的な要因として求められていた。
核心的発見
最近の学界は、CRISPR技術を応用してエピジェネティックな暗号体系を再プログラミングするエピゲノム（Epigenome）編集技術の開発で成果を上げている。研究チームは、DNA切断活性を無効化した非活性CRISPRタンパク質（dCas）にメチル化やアセチル化などのエピジェネティックなマーカーを付着・除去するエフェクター（Effector）ドメインを融合させた。この複合体は、細胞核内での標的遺伝子の転写開始を制御し、発現レベルと持続時間を望む範囲に調整する。たとえば、特定の遺伝子転写を遮断するためにメチル化酵素を届けたり、眠っている遺伝子を覚醒させるためにアセチル化酵素を標的領域に届ける仕組みである。
エピゲノム編集ツールの体内での有効性を確保するために、研究チームはタンパク質の体積を縮小した小型Cas変異体を多数発見した。従来のアデノ関連ウイルス（Adeno-Associated Virus, AAV）や脂質ナノ粒子（Lipid Nanoparticle, LNP）に問題なく収容できるよう、エフェクターのサイズを半分以下に最適化する遺伝子エンジニアリングも大きな成果を上げている。標的遺伝子以外の不適切な部位を編集する誤作動率を最小限に抑え、免疫拒絶反応や人体内での毒性を示さない高選択性エフェクタードメインが臨床応用レベルまで整備されつつある。複数の実験群で、ゲノム内部の複雑な三次元構造やCRISPRがアクセスしにくい対称的反復配列領域も遺伝毒性なしに安全に調整できることが証明された。
意義と展望
この技術はDNA鎖の切断を伴わないため、遺伝毒性の懸念をほぼ根源的に抑制し、治療薬の安全性評価基準を大幅に向上させた。細胞の状態や特性を自由に変化させられるという利点により、iPS細胞や組織再生を含む次世代再生医療研究にも弾みがつくと予測される。規制機関による徹底的な安全性検証を経て、臨床第1相試験の第一歩を踏み出したエピゲノム編集パイプラインの登場は、患者にとって新たな治療選択肢が遠くないことを示唆している。もちろん、エフェクター遺伝子を標的臓器に漏れなく届ける効率的な投与システムの開発や、エピゲノム修正効果が長期的に消失しない条件の確立は必須の関門である。任意の部位にエピジェネティックな変化が伝播しないように安全性を交差的にモニタリングする検証プロセスが必ず必要となる。
CRISPR/Casベースのエピゲノム編集技術は、新たな治療ターゲットの特定、遺伝子・細胞療法の改善、多くの疾患の根本的な問題への直接対応を可能にし、従来のゲノム編集と関連する遺伝毒性リスクを最小限に抑える大きな可能性を秘めている。CRISPR/Casベースのエピゲノム編集技術における最近の注目すべき進展は、ヒト細胞内で内因性遺伝子発現のタイミング、レベル、持続時間を正確に制御し、エピジェネティックな状態を再プログラミングする能力を大幅に高めた。その結果、転写およびエピジェネティックな調節異常によって引き起こされる疾患や、従来のゲノム編集では対象としにくい異常な反復ゲノム領域や複雑なゲノム構造を原因とする疾患に対する新たな医療発見と治療法の開拓が可能になった。さらに、エピゲノム編集の力は、細胞の運命と機能を制御する新たな戦略を生み出し、これは細胞療法や再生医療に直接的かつ重要な影響を与える。ここでは、CRISPR/Casベースのエピゲノム編集が臨床試験に進み始めた第一波を踏まえ、エピゲノム編集技術の広範な臨床展開に直面する重要な課題である投与、性能、安全性の問題に対処する最近の進展を紹介する。たとえば、コンパクトなCasフレームワークの発見、エフェクターのサイズを縮小して効率的な投与を可能にするエンジニアリング、エピゲノム編集の標的選択性を調整する試み、そして高選択性・強力な性能・免疫原性や細胞毒性の欠如を備えた新たなエフェクター領域の開発など、これらの研究は急速に進展している。この注目すべき進展は、CRISPR/Casベースのエピゲノム編集が生物学的発見、バイオテクノロジー革新、医薬品開発において強力なプラットフォーム技術としてその可能性を果たすことを、コミュニティを急速に近づけている。
今回の研究は、反復塩基配列の過剰や異常な転写調節により従来の遺伝子剪定が困難だったハンチントン病や特定の神経変性疾患治療の道を開いた。がん細胞内で過剰発現する腫瘍遺伝子を選択的に抑制したり、非活性状態にある腫瘍抑制遺伝子を再活性化させる精密抗がん療法設計が代表例である。さらに、免疫細胞を体外で精密編集して患者に投与する次世代遺伝子細胞治療薬（Cell and Gene Therapy, CGT）製造工程にも即座に応用可能である。これは患者個別治療法の生産単価を削減し、複雑なエンジニアリング工程を短縮するのに貢献すると考えられる。